2025年高三物理超導(dǎo)現(xiàn)象科普介紹試卷2025年高三物理超導(dǎo)現(xiàn)象科普介紹試卷

姓名：______班級：______學(xué)號：______得分：______

（考試時(shí)間：90分鐘，滿分：100分）

1.選擇題（每題3分，共15分）

2.填空題（每空2分，共20分）

3.計(jì)算題（每題10分，共30分）

4.實(shí)驗(yàn)題（12分）

5.簡答題（每題8分，共24分）

6.論述題（10分）

7.拓展題（9分）

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**1.選擇題（每題3分，共15分）**

1.超導(dǎo)現(xiàn)象中，超導(dǎo)體的電阻突然變?yōu)榱愕默F(xiàn)象稱為______。

A.臨界溫度

B.臨界磁場

C.零電阻現(xiàn)象

D.量子隧穿

2.高溫超導(dǎo)體的臨界溫度一般高于______。

A.水的冰點(diǎn)

B.液氮的沸點(diǎn)

C.液氦的沸點(diǎn)

D.銀的熔點(diǎn)

3.超導(dǎo)體處于臨界磁場時(shí)，會(huì)發(fā)生______。

A.電阻突然增大

B.電阻保持不變

C.磁性消失

D.磁性增強(qiáng)

4.超導(dǎo)磁懸浮列車的原理是利用______。

A.電磁感應(yīng)

B.超導(dǎo)體的零電阻

C.量子力學(xué)效應(yīng)

D.磁場屏蔽

5.目前，高溫超導(dǎo)體的研究主要面臨______挑戰(zhàn)。

A.臨界溫度過低

B.臨界磁場過小

C.制造工藝復(fù)雜

D.以上都是

**2.填空題（每空2分，共20分）**

6.超導(dǎo)體的電阻為零時(shí)，電流可以在超導(dǎo)體中______。

7.超導(dǎo)體的臨界溫度通常用______表示。

8.超導(dǎo)材料在超導(dǎo)狀態(tài)下，內(nèi)部磁場會(huì)______。

9.高溫超導(dǎo)體的研究始于______年的BCS理論提出。

10.超導(dǎo)磁懸浮利用______原理實(shí)現(xiàn)懸浮。

**3.計(jì)算題（每題10分，共30分）**

11.一個(gè)超導(dǎo)環(huán)半徑為5cm，當(dāng)通過環(huán)的電流為10A時(shí)，計(jì)算環(huán)的磁能密度（假設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為1T）。

12.已知某高溫超導(dǎo)體的臨界溫度為130K，計(jì)算其在常溫（300K）下的臨界磁場（假設(shè)臨界磁場與溫度成反比）。

13.一個(gè)超導(dǎo)磁體產(chǎn)生5T的磁場，計(jì)算其儲存的磁能（磁體體積為1m3）。

**4.實(shí)驗(yàn)題（12分）**

14.設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證超導(dǎo)體的零電阻特性，簡述實(shí)驗(yàn)步驟和所需器材。

**5.簡答題（每題8分，共24分）**

15.簡述高溫超導(dǎo)體的優(yōu)勢和應(yīng)用領(lǐng)域。

16.解釋超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)。

17.比較低溫超導(dǎo)體和高溫超導(dǎo)體的區(qū)別。

**6.論述題（10分）**

18.論述超導(dǎo)現(xiàn)象對現(xiàn)代科技發(fā)展的意義。

**7.拓展題（9分）**

19.介紹一種未來可能實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)的理論或?qū)嶒?yàn)方向。

8.判斷題（每題2分，共10分）

8.1超導(dǎo)體在超導(dǎo)狀態(tài)下會(huì)排斥外部磁場。

8.2所有金屬在足夠低的溫度下都會(huì)表現(xiàn)出超導(dǎo)性。

8.3高溫超導(dǎo)體的臨界溫度必須在液氮溫度以下才能發(fā)揮作用。

8.4超導(dǎo)體的零電阻特性意味著電流在其中流動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生熱量。

8.5超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于城市軌道交通。

9.名詞解釋（每題3分，共15分）

9.1臨界溫度

9.2臨界磁場

9.3邁斯納效應(yīng)

9.4約瑟夫森效應(yīng)

9.5磁通量子

10.簡答題（每題6分，共18分）

10.1簡述超導(dǎo)體的BCS理論。

10.2解釋為什么超導(dǎo)體的臨界溫度通常隨壓力變化。

10.3列舉三種超導(dǎo)體的常見材料類別。

11.計(jì)算題（每題12分，共24分）

11.1一個(gè)超導(dǎo)環(huán)的臨界磁場為4T，當(dāng)外部磁場逐漸增加時(shí)，計(jì)算環(huán)從超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)的外部磁場臨界值。

11.2假設(shè)一個(gè)超導(dǎo)電纜的長度為100m，截面積為1mm2，當(dāng)通過電纜的電流為1000A時(shí)，計(jì)算電纜產(chǎn)生的焦耳熱（假設(shè)電纜處于正常態(tài)時(shí)的電阻為1Ω）。

12.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（15分）

12.設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證超導(dǎo)體的完全抗磁性，要求說明實(shí)驗(yàn)原理、步驟和所需器材。

13.論述題（12分）

13.論述超導(dǎo)現(xiàn)象在量子計(jì)算中的潛在應(yīng)用。

14.比較題（10分）

14.比較低溫超導(dǎo)體和高溫超導(dǎo)體的制備難度和應(yīng)用前景。

15.創(chuàng)新題（10分）

15.提出一種解決高溫超導(dǎo)體臨界溫度過低問題的理論假設(shè)或?qū)嶒?yàn)方案。

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**題型答案**

**1.選擇題（每題3分，共15分）**

1.C

2.B

3.A

4.B

5.D

**2.填空題（每空2分，共20分）**

6.永恒

7.Tc

8.穿入

9.1957

10.邁斯納

**3.計(jì)算題（每題10分，共30分）**

11.磁能密度u=B2/2μ?=(1T)2/(2×4π×10??H/m)≈1.59×10?J/m3

12.假設(shè)線性關(guān)系，常溫臨界磁場Hc(300K)=Hc(130K)*(130K/300K)≈1.73T

13.磁能W=μ?H2V/2=(4π×10??H/m)×(5T)2×1m3≈3.97×10?3J

**4.實(shí)驗(yàn)題（12分）**

步驟：1.制備超導(dǎo)體樣品；2.降溫至超導(dǎo)狀態(tài)；3.施加電流；4.測量電壓，若電壓為零則為超導(dǎo)。器材：低溫設(shè)備、電流表、電壓表、超導(dǎo)體樣品。

**5.簡答題（每題8分，共24分）**

15.優(yōu)勢：零電阻、完全抗磁性；應(yīng)用：磁懸浮、無損輸電、強(qiáng)磁場、量子計(jì)算。

16.邁斯納效應(yīng)指超導(dǎo)體在進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)時(shí)完全排斥外部磁場，表現(xiàn)為表面磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。

17.低溫超導(dǎo)體需液氦降溫，高溫超導(dǎo)體可用液氮降溫；低溫超導(dǎo)體材料多為元素，高溫超導(dǎo)體多為陶瓷。

**6.論述題（10分）**

超導(dǎo)現(xiàn)象對科技發(fā)展意義重大，推動(dòng)能源、交通、醫(yī)療等領(lǐng)域進(jìn)步，如磁懸浮列車、核聚變磁約束等。

**7.拓展題（9分）**

理論方向：庫珀對電子結(jié)構(gòu)理論改進(jìn)、拓?fù)涑瑢?dǎo)材料研究、高壓實(shí)驗(yàn)等。

**8.判斷題（每題2分，共10分）**

8.1√8.2×8.3×8.4√8.5×

**9.名詞解釋（每題3分，共15分）**

9.1臨界溫度：超導(dǎo)體失去電阻的最高溫度。

9.2臨界磁場：超導(dǎo)體失去超導(dǎo)性的最大外部磁場。

9.3邁斯納效應(yīng)：超導(dǎo)體完全排斥磁場的現(xiàn)象。

9.4約瑟夫森效應(yīng)：超導(dǎo)體間量子隧穿現(xiàn)象。

9.5磁通量子：超導(dǎo)體中單個(gè)磁通量的基本單位。

**10.簡答題（每題6分，共18分）**

10.1BCS理論解釋超導(dǎo)性為電子形成庫珀對，通過晶格振動(dòng)相互作用。

10.2超導(dǎo)體的臨界溫度隨壓力變化因改變了電子-聲子相互作用強(qiáng)度。

10.3材料類別：元素超導(dǎo)體（如鉛）、合金超導(dǎo)體（如NbTi）、陶瓷高溫超導(dǎo)體（如YBCO）。

**11.計(jì)算題（每題12分，共24分）**

11.1臨界磁場Hc=4T，外部磁場達(dá)到4T時(shí)超導(dǎo)態(tài)消失。

11.2正常態(tài)電阻R=1Ω，焦耳熱Q=I2Rt=(1000A)2×1Ω×100m=1×10?J。

**12.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題（15分）**

原理：超導(dǎo)體完全抗磁性使懸浮球被磁力排斥。步驟：1.用超導(dǎo)磁體產(chǎn)生垂直磁場；2.將懸浮球置于磁場中；3.觀察球懸浮不落。器材：超導(dǎo)磁體、懸浮球、低溫設(shè)備。

**13.論述題（12分）**

超導(dǎo)現(xiàn)象在量子計(jì)算中可用于制造拓?fù)淞孔颖忍?，利用超?dǎo)量子干涉儀實(shí)現(xiàn)高精度計(jì)算。

**14.比較題（10分）**

低溫超導(dǎo)體（如Nb?Sn）性能優(yōu)越但需液氦，高溫超導(dǎo)體（如YBCO）可用液氮冷卻，制備工藝更復(fù)雜。

**15.創(chuàng)新題（10分）**

假設(shè)：通過調(diào)控材料電子結(jié)構(gòu)增強(qiáng)庫珀對形成，如摻雜或應(yīng)力工程，可能提高臨界溫度。

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**知識點(diǎn)分類總結(jié)**

**一、超導(dǎo)現(xiàn)象基本概念**

1.定義：零電阻、完全抗磁性。

2.臨界參數(shù)：臨界溫度Tc、臨界磁場Hc、臨界電流Ic。

3.分類：低溫超導(dǎo)體（液氦冷卻）、高溫超導(dǎo)體（液氮冷卻）。

**二、超導(dǎo)理論**

1.BCS理論：電子通過聲子相互作用形成庫珀對。

2.邁斯納效應(yīng)：完全抗磁性，磁感線被排斥。

3.約瑟夫森效應(yīng)：超導(dǎo)體間量子隧穿。

**三、超導(dǎo)材料與制備**

1.材料分類：元素（鉛、鈮）、合金（NbTi）、陶瓷（YBCO）。

2.制備工藝：提純、摻雜、薄膜技術(shù)。

**四、超導(dǎo)應(yīng)用**

1.能源：無損輸電、超導(dǎo)儲能。

2.交通：磁懸浮列車。

3.工科：核聚變磁約束、強(qiáng)磁場成像。

4.量子科技：超導(dǎo)量子比特、量子干涉儀。

**五、實(shí)驗(yàn)與測量**

1.臨界溫度測量：電阻突變法。

2.臨界磁場測量：磁懸浮或磁力平衡法。

3.抗磁性驗(yàn)證：邁斯納效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

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**各題型知識點(diǎn)詳解及示例**

**1.選擇題**

考察基礎(chǔ)概念記憶，如臨界溫度（B）、邁斯納效應(yīng)（D）、零電阻現(xiàn)象（C）。

示例：超導(dǎo)體在臨界溫度以下表現(xiàn)出零電阻，故選C。

**2.填空題**

考察術(shù)語掌握，如“永恒”（電流不衰滅）、“邁斯納”（抗磁性原理）。

示例：超導(dǎo)電流永不自耗，故填“永恒”。

**3.計(jì)算題**

考察公式應(yīng)用，如磁能密度u=B2/2μ?、焦耳熱Q=I2Rt。

示例：計(jì)算磁能密度需用B2/2μ?公式，注意單位換算。

**4.實(shí)驗(yàn)題**

考察實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，需掌握超導(dǎo)特性驗(yàn)證方法。

示例：驗(yàn)證零電阻需測量超導(dǎo)態(tài)電壓，若為零則為超導(dǎo)。

**5.簡答題**

考察理論聯(lián)系實(shí)際能力，如高溫超導(dǎo)體優(yōu)勢（液氮冷卻）。

示例：高溫超導(dǎo)體可用常溫液氮冷卻，降低成本。

**6.論述題**

考察綜合分析能力，需結(jié)合多領(lǐng)域應(yīng)用說明意義。

示例：超導(dǎo)輸電可減少能量損耗，推動(dòng)清潔能源發(fā)展。

**7.拓展題**

考察前沿知識理解，如室溫超導(dǎo)理論方向。

示例：高壓可能激發(fā)新超導(dǎo)相，是研究熱點(diǎn)。

**8.判斷題**

考察概念辨析，如“完全抗磁性”（√）與“所有金屬超導(dǎo)”（×）。

示例：邁斯納效應(yīng)完全排斥磁場，故正確。

**9.名詞解釋**

考察術(shù)語精確理解，如“磁通量子”指基本磁通單位。

示例：磁通量子Φ?=h/2e，是超導(dǎo)體基本單元。

**10.簡答題**

考察理論推導(dǎo)，如BCS理論解釋庫珀對形成。

示例：電子通過聲子交換形成吸引力，結(jié)合成庫珀對。

**11.計(jì)算題**

考察物理公式靈活應(yīng)用，如臨界磁場隨溫度變化計(jì)算。

示例：Hc(300K)=Hc(130K)×(130/300)，需注意比例關(guān)系。

**12.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題**

考察動(dòng)手實(shí)踐能力，需掌握超導(dǎo)懸浮實(shí)驗(yàn)原理。

示例：